RESUMO: Neste trabalho é apresentada e discutida a nova plataforma do módulo de diagnóstico de doenças (módulo produtor) do sistema Diagnose Virtual que foi desenvolvida para integrar ao portal WebAgritec. O WebAgritec é uma plataforma, concretizada na forma de um website com uma interface mais interativa para transferência das tecnologias da Embrapa para os extensionistas e produtores rurais. Esta plataforma, baseada nos conceitos de Web 2.0, visa o planejamento, previsão e monitoramento da produção agrícola e reúne informações sobre as culturas de arroz, feijão, milho, soja e trigo.SBIAgro 2011

LIMA, H. P. de

MASSRUHA, S. M. F. S.

Repository Open Access to Scientific Information from Embrapa

 UMA NOVA ABORDAGEM PARA DIAGNÓSTICO DE DOENÇAS VIA WEB1SILVIA MARIA FONSECA SILVEIRA MASSRUHA2HELANO PÓVOAS DE LIMA3RESUMO: Neste trabalho é apresentada  e discutida a nova plataforma do módulo de diagnóstico de doenças (módulo produtor) do sistema Diagnose Virtual que foi desenvolvida para integrar ao portal WebAgritec. O WebAgritec é uma plataforma, concretizada na forma de um website com uma interface mais interativa para transferência das tecnologias da Embrapa para os extensionistas e produtores rurais. Esta plataforma, baseada nos conceitos de Web 2.0, visa o planejamento, previsão e  monitoramento da produção agrícola   e reúne informações sobre as culturas de arroz,  feijão, milho, soja e trigo. PALAVRAS-CHAVE: diagnose on-line, interface, interoperabilidade, doenças de plantas, web 2.0.A NEW APPROACH FOR DIAGNOSIS OF DISEASES BY WEBABSTRACT:   In  this  paper  is  presented  and discussed  a  new architecture  for  the  module  of diagnosis of diseases  (user  module) of the Virtual Diagnosis System which was developed to be integrated in the portal WebAgritec. The WebAgritec is a platform, implemented in the form of a website with a more interactive interface to transfer technology from Embrapa to extension workers and farmers. This platform, based on the concepts of Web 2.0, aims the planning, forecasting and monitoring of agricultural production and gathers information about the cultivation of rice, beans, corn, soybeans and wheat.KEYWORDS: diagnosis on-line, interface, interoperability, plant diseases, web 2.0.1. INTRODUÇÃOA Embrapa  (Empresa  Brasileira  de  Pesquisa  Agropecuária),  por  meio  se  seus  45  centros  de pesquisa, atua em parcerias na geração de tecnologias para os diversos segmentos sociais os quais trabalha, preservando e valorizando a biodiversidade e os recursos naturais visando uma agricultura sustentável. Todas as unidades da Embrapa, sejam elas da área de produção animal ou vegetal, procuram atuar nos pontos de estrangulamento de suas cadeias produtivas de modo a melhorar a qualidade  e  produtividade  de  seus  produtos. Para  tal,  existem  equipes  interdisciplinares  de pesquisadores  em  cada  unidade,  dentre  eles,  engenheiros,  fitopatologistas,  entomologistas  e veterinários.Apesar do grande volume de informações sobre a identificação de doenças e métodos de controle disponíveis na literatura especializada, muitas vezes produtores e técnicos agrícolas desconhecem os princípios básicos que devem nortear o uso racional dos agrotóxicos e se utilizam de um arsenal de  produtos  químicos  para  combater  uma  doença,  com resultados  duvidosos.  Frequentemente, usados  de  maneira  inadequada,  estes  produtos  podem  colocar  em  risco  a  saúde  dos  próprios aplicadores, além de causar danos ao ecossistema. No acervo bibliográfico da Embrapa podem-se encontrar vários documentos sobre “Diagnóstico de Doenças  e  Métodos  de  Controle”.  Entretanto,  o  conhecimento  se  apresenta  disperso  em documentos. Os especialistas, por sua vez, detêm o conhecimento e possuem atalhos que aprendem com a experiência e que os tornam ágeis em suas decisões. De modo a atender essa demanda foi proposto um projeto na Embrapa denominado “Infraestrutura virtual para apoio a tomada de decisão no diagnóstico e prognóstico de doenças de plantas”, conhecido como Diagnose Virtual (Massruhá et  al,  2007).  Este  projeto visou desenvolver  uma infraestrutura única na área de sanidade para 1 Financiado pela carteira do Macroprograma 2 da Embrapa e PAC/Embrapa2 Pesquisador da Embrapa  Informática Agropecuária, CP 6041, 13083-886, Campinas, SP (silvia@cnptia.embrapa.br)3 Analista da Embrapa Informática Agropecuária, CP 6041, 13083-886, Campinas, SP (helano@cnptia.embrapa.br )diagnóstico e prognóstico de doenças via internet. O foco de atuação deste projeto foi desenvolver um sistema para auxiliar fitopatologistas e agricultores no diagnóstico e prognóstico de doenças causadas  por  fatores  bióticos  (fungos,  bactérias,  vírus  e  nematoides)  e  abióticos  (fatores ambientais). As culturas que foram tratadas no escopo deste projeto foram divididas em 3 grupos: gramíneas (milho, trigo), leguminosas(feijão, soja) e hortaliças (tomate e pimentão). Posteriormente também foram integradas as culturas de arroz, coco, uva e pimenta-do-reino. Na área de diagnóstico foram utilizadas técnicas de inteligência computacional tais como lógica abdutiva e nebulosa (Massruhá et al., 2005). Métodos mais adequados para aquisição de sintomas utilizando técnicas de reconhecimento de padrão também foram estudados. No escopo de previsão de  doenças  foi  investigada  uma  abordagem  integrada  de  técnicas  de  raciocínio  incompleto  e impreciso  (lógica  nebulosa)  e  técnicas  de  aprendizado  de  máquina  (árvores  de  decisão,  redes neurais). Ferramentas de geoprocessamento também foram integradas para auxiliar na geração de relatórios gerenciais na área de previsão de doenças. Este projeto também visou disponibilizar estes serviços de diagnóstico e alerta de doenças em celulares, palmtops e pagers, utilizando técnicas de computação móvel e possibilitando os agricultores e técnicos acessá-los mesmo quando não for possível utilizar um computador na internet. Esta infraestrutura se deu na forma de uma aplicação web e foi desenvolvida em Java utilizando tecnologias J2EE (Java 2 Platform, Enterprise Edition). Embora esta tecnologia tenha se mostrado adequada,  ela apresentava problema de desempenho. Diante disto, foi proposto um novo módulo de diagnóstico baseado na tecnologia Web 2.0 de modo a integrar ao portal Webagritec. O WebAgritec é uma plataforma que visa o planejamento, previsão e monitoramento da produção agrícola  e reúne informações sobre as culturas de arroz,  feijão,  milho,  soja e trigo.  O sistema apresenta  ao  usuário,  diferentes  módulos:  época  de  plantio  com  menores  riscos  climáticos associados;  cultivar  mais  apropriada  para  os  propósitos  do  usuário;  indicação  de  calagem  e adubação para cada cultura; previsões e tendências das condições climáticas antes e durante a safra; diagnóstico de doenças e distúrbios nutricionais que possam aparecer no decorrer da safra. O foco deste trabalho é  apresentar a nova plataforma do módulo de diagnóstico de doenças.A  validação  deste  trabalho  foi  feita  através  do  desenvolvimento  de  aplicações  sob  esta infraestrutura. Foram previstas aplicações para diagnóstico de doenças das 5 culturas disponíveis no portal Webagritec. Cabe ressaltar ainda que, neste primeiro momento, foi contemplado apenas o manejo de doenças conforme apresentado na seção 2. Entretanto, a tecnologia desenvolvida servirá de base para futuras ações nas áreas de controle de plantas daninhas e o manejo integrado de pragas causadas por insetos e ácaros. Na seção 3, são apresentados os materiais e métodos utilizados no escopo deste trabalho. Na seção 4, estão descritos os principais resultados obtidos neste trabalho. Finalmente, na seções 5 e 6, são apresentados as conclusões bem como os trabalhos futuros e as referências bibliográficas.2. OBJETIVOEste trabalho tem por finalidade apresentar a nova arquitetura proposta para disponibilizar o módulo de diagnóstico de doenças para o portal  Webagritec, que é uma plataforma que visa o planejamento,  previsão  e  monitoramento  da  produção  agrícola.  Neste  trabalho  também  são discutidas as principais diferenças entre a nova arquitetura e a anteriormente utilizada no sistema de Diagnose Virtual. Funcionalidades adicionais foram incorporadas nesta nova versão do sistema para atender  a  requisitos  de desempenho e interface do projeto.  A nova interface,  mais  interativa,  é apresentada detalhadamente visando mostrar como os requisitos de interatividade contribuem para melhorar a qualidade da informação apresentada ao usuário, resultando em um diagnóstico mais eficiente.3. MATERIAL E MÉTODOSO Sistema Diagnose Virtual dividi-se em dois módulos principais, o módulo do especialista e o módulo do produtor. O primeiro tem a finalidade de cadastrar as bases de conhecimento sobre os sintomas e doenças das dadas culturas. Atualmente este módulo possui  registros detalhados sobre as culturas de soja, milho, feijão, arroz, trigo, tomate, pimentão, videira, pimenta do reino, coqueiro e cana-de-açúcar, sendo esta última em fase de construção. O segundo módulo efetua o diagnóstico seguindo  uma  ordem  específica.  Nele  o  usuário  começa  indicando  as  características  de  sua propriedade,  inclusive  sua  localização  geográfica,  passando  pelos  dados  da  cultura,  data  da observação dos sintomas e partes afetadas da planta. Posteriormente são apresentadas imagens para que ele identifique uma que se assemelhe ao problema e então são feitas perguntas associadas à imagens  de  sintomas  conforme  as  possibilidades  inferidas.  Conforme  o  usuário  responde  as perguntas, o sistema apresenta as possíveis doenças.Motivado pela necessidade da integração do sistema diagnose virtual ao portal Webagritec, e devido a  diferença  entre  as  tecnologias  adotadas,  foi  necessário  adequar  o  módulo  do  produtor  às tecnologias e aos requisitos de desempenho e interatividade adotados pelo Webagritec. Um primeiro protótipo  do  Webagritec  foi  desenvolvido  em  Openlaszlo  (http://www.openlaszlo.org)  para consolidação dos conceitos do novo portal e definição de tecnologia utilizada na camada de visão. Além do Openlaszlo, outras tecnologias na Web 2.0 como JAVA  FX e Adobe Flex foram estudadas e, optou-se por desenvolver o novo portal do Webagritec em Adobe Flex® (ADOBE, 2010).A versão anterior do sistema diagnose virtual, possui uma arquitetura baseada no Java EE (JSP / Servlets) seguindo o padrão MVC (Model-View-Controller) que visa separar as tarefas de acesso aos  dados  e  lógica  do  negócio,  da  apresentação  e  interação  com o  usuário,  introduzindo  um componente  entre  os  dois:  o  Controller.Alguns  frameworks  open  source bem segmentados  no mercado  foram utilizados  na  construção  do  sistema anterior,  entretanto,  apesar  de  se  tratar  de ferramentas bastante completas e robustas, a adoção destas ferramentas gera uma sobrecarga no código e uma grande dificuldade de customização, pois são desenvolvidas focando sistemas de informação bem mais complexos, onde é justificável o uso de todas as funcionalidades e facilidades que elas oferecem.Particularmente,  o  framework de persistência  objeto  relacional  adotado,  mostrou-se inadequado perante  a  característica  peculiar  do  sistema  de  manipular  imensas  hierarquias  de  objetos  em memória  durante  a  inferência  de  possibilidades,  chegando  a  realizar  durante  testes a  incrível quantidade de 20 mil consultas ao banco de dados.Para implementação do sistema, todo o código original na linguagem Prolog foi traduzido para o Java, o que mostrou-se também uma alternativa não viável do ponto de vista de performance, já que Prolog é orientado à um paradigma declarativo e de lógica matemática, baseando-se principalmente em recursão, enquanto Java segue o paradigma estruturado e orientado à iteração.Além dos problemas de desempenho citados,  a maneira  como o sistema havia sido codificado, seguindo uma ordem fixa de passos e das perguntas feitas ao usuário, não era compatível com o paradigma do Webagritec,  que tenta  levar,  o  mais  próximo possível,  o comportamento de uma aplicação desktop, onde o usuário clica aonde quer, no momento que deseja.Foi então proposta uma nova plataforma para o sistema afim de sanar  ambos os problemas.  A arquitetura continuou baseando-se no modelo MVC e na arquitetura Java EE na parte servidora, entretanto no lugar do uso de frameworks, os componentes controlador e de persistência de objetos foram escritos especificamente para o sistema e para a camada de visão foi adotada a plataforma Adobe Flex®.Para o componente de inferência, optou-se por construir um gerador de código Prolog em Java, que dinamicamente gera a base de conhecimento para esta linguagem e executa a inferência seguindo o algorítimo  original  em  um  interpretador  Prolog  e  devolve  o  resultado  para  o  Java.  Vários interpretadores foram testados para incorporação, dentre eles o GNU Prolog (GNU, 2010), SWI Prolog (SWI, 2010) e o Amzi! Prolog (AMZI, 2010) mas o que obteve de longe o melhor resultado foi o YAP Prolog (YAP, 2010) desenvolvido na Universidade do Porto especificamente focando alta performance. Visualizando a Tabela 1, podemos ter uma visão comparativa das duas arquiteturas:Componente Sistema Original Nova VersãoCamada de visão JSP, Sitemesh, Displaytag, Struts Validator Adobe Flex®Camada de controle Struts Componente próprio otimizadoCamada de Persistência Spring, Hibernate Componente próprio otimizadoBanco de Dados PostgreSQL PostgreSQLMotor de inferência Escrito em Java Gerador de código Prolog dinâmico + intepretador Prolog YAPTabela 1 – Comparativo de arquiteturas4. RESULTADOS E DISCUSSÃONa Tabela 2 são apresentados os resultados da comparação do tempo de execução das camadas de inferência e persistência entre a  versão original e a versão atual. O tempo médio em milissegundos de 10 execuções em um CPU AMD64 Quad core com 8GB de RAM, usando o profiler/debuger do Netbeans no SO Linux Ubuntu 10.10 e a cultura do Milho para o primeiro ciclo de diagnóstico:Camada Versão Anterior Versão NovaInferência 2210ms 132msPersistência 13324s 334msTabela 2 – Comparativo do tempo de execuçãoAs demais camadas é inviável comparar o tempo pois as arquiteturas e a dinâmica do diagnóstico são diferentes (JSP vs Flex que é assíncrono), mas elas não tem influência alguma no tempo de execução.Devido a reestruturação do módulo do produtor do sistema Diagnose Virtual descrita anteriormente, a nova interface, que pode ser vista nas Figura 1 e 2, teve sua performance, apresentação e eficiência bastante melhorada.Figura 1 – Nova interface do sistema Diagnose VirtualFigura 2 – Componente interativo dos sintomasNela o usuário pode retornar ao passo anterior do diagnóstico a qualquer hora, bem como escolher quais perguntas quer responder dentre as oferecidas e fazê-lo em qualquer ordem através de um componente  gráfico  de  carrossel  onde  clicando-se  na  imagem  a  pergunta  correspondente  é mostrada. A quantidade e qualidade da informação oferecida ao usuário foi outro grande ponto de melhoria.  Foram adicionados  componentes  para  descrever  e  mostrar  graficamente  as  fases  de desenvolvimento  e  as  partes  das  plantas,  bem como,  a  cada  passo,  um relatório  dos  dados do diagnóstico é mostrado lateralmente, oferecendo fácil acesso às informações.Foi  introduzido também, no momento em que o sistema encontra  alguma doença possível,  um componente em formato de livreto informativo (Figura 3), com todos os detalhes acerca daquela doença,  como  descrição  e  imagem dos  sintomas,  condições  favoráveis,  exames  e  medidas  de controle possíveis.  Este formato é mais amigável ao usuário,  pois além  das  características de interatividade, assemelha-se aos livretos em papel editados pela Embrapa para tal finalidade.Figura 3 – Livreto interativo sobre a doença5. CONCLUSÕESO novo módulo do produtor do sistema Diagnose Virtual, além de ter gerado uma interface mais amigável  para  o  usuário,  proporcionou  também  um  drástico  ganho  de  desempenho  devido  à reimplementação  do motor de inferência e a substituição  dos frameworks da versão anterior por componentes próprios otimizados. Segundo testes, na versão anterior, para cada interação durante o diagnóstico, era necessário esperar pela resposta entre 45 e 90 segundos, conforme o tamanho do universo de possibilidades.  Com a nova implementação, este tempo de resposta baixou para no máximo  2  segundos,  mostrando-se  plenamente  adequado  às  características  dinâmicas  da  nova interface.  È  valido  lembrar  ainda  que  as  duas  interfaces  acessam  o  mesmo  banco  de  dados independentemente garantindo a interoperabilidade do sistema. Como trabalhos futuros, pretende-se disponibilizar este módulo de diagnóstico de doenças em celulares, palmtops e pagers, utilizando técnicas de computação móvel e possibilitando os agricultores e técnicos acessá-los remotamente independente de um computador na internet.6.REFERÊNCIASADOBE  –  Adobe  Flex®.  Framework  to  build  internet  aplications.  <>. Acessohttp://www.adobe.com/products/flex/ em jan. 2010AMZI  INC.  -  Comercial  prolog  interpreter  from  Amzi!  Inc.  2010.  Disponível  em: <http://www.amzi.com/>. Acesso em jul. 2010.GNU  Prolog  -  Open  Source  prolog  interpreter  from  GNU.  2010.  Disponível  em: <http://www.gprolog.org/>. Acesso em ago. 2010. MASSRUHÁ,  S.  M.  F.  S.  ;  SANDRI,  S.  ;  WAINER,  J.  ;  MORANDI,  M.  An  integrated framework for clinical problem solving in agriculture. In: Efita /WCCA 2005 Joint Congress on IT in Agriculture, 2005, Vila Real. Efita /WCCA 2005 Joint Congress on IT in Agriculture, 2005a. p. 1400-1407.MASSRUHÁ, S. M. F. S. ; Dutra, J. P. ; CRUZ, S. A. B. ; SANDRI, S. ; WAINER, J. ; MORANDI,  M. .  An objected oriented framework fo virtual diagnosis.  In: 6th Biennial Conference of the European  Federation  of  IT in  Agriculture  -  Efita  2007,  Glasgow. EFITA/WCCA 2007  6th Biennial Conference of the European Federation of IT in Agriculture. Glasgow - Escócia : Glasgow Caledonian University, 2007.SWI  Prolog  -  Open  Source  prolog  interpreter  licensed  under  LGPL.  2010.  Disponível  em: <http://www.swi-prolog.org/>. Acesso em jul. 2010. YAP Prolog  -  High-performance  Prolog  compiler  from  LIACC/Universidade  do  Porto.  2010. Disponível em: <http://www.dcc.fc.up.pt/~vsc/Yap/>. Acesso em ago. 2010. 

Uma nova abordagem para diagnóstico de doenças via web.

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